Forskere, der fremstiller de koldeste plasmaer i universet, fandt lige en måde at gøre dem endnu koldere ved at sprænge dem med lasere.
Forskerne afkølet plasmaet til ca. 50 tusindedele af en grad over absolut nul, ca. 50 gange koldere end i dybe rum.
Dette kølige plasma kunne afsløre, hvordan lignende plasma opfører sig i centre for hvide dværgstjerner og dybt inde i kernen af gasplaneter som vores kosmiske nabo, Jupiter, rapporterede forskere i en ny undersøgelse.
Plasma er en type gas, men det er anderledes nok til at blive anerkendt som en af de fire grundlæggende tilstande af stof (sammen med gas, væske og fast stof). I plasma er et betydeligt antal elektroner blevet adskilt fra deres atomer, hvilket skaber en tilstand, hvor frie elektroner zip rundt om ioner, eller atomer, der har enten en positiv eller negativ ladning.
Temperaturer i naturligt forekommende plasma er typisk meget høje; for eksempel ses plasma på solens overflade ved 10.800 grader Fahrenheit (6.000 grader celsius). Ved at afkøle plasma kan forskere foretage mere detaljerede observationer for bedre at forstå dens opførsel under ekstreme forhold, ligesom dem, der brænder rundt om vores gasgigantiske naboer.
Vær mere kølig
Så hvorfor bruge lasere til at hjælpe plasmaet med at slappe af?
"Laserkøling drager fordel af det faktum, at lys har fart," fortalte hovedundersøgelsesforfatter Thomas Killian, professor i fysik og astronomi ved Rice University i Texas, til Live Science. "Hvis jeg har en ion i plasmaet, og jeg har en laserstråle, der spreder lys fra denne ion, får hver gang en ion spreder et foton et skub i retning af laserstrålen," sagde Killian.
Dette betyder, at hvis en laserstråle modsætter sig ionens naturlige bevægelse, mister hver gang ionet spreder lys, hvilket bremser det ned.
”Det er som at gå op ad bakke eller i melasse,” sagde han.
Til deres eksperimenter producerede Killian og hans kolleger små mængder neutral plasma - plasma med et relativt lige antal positive og negative ladninger - fordampende strontiummetal og derefter ioniserende skyen. Plasmaet spredte sig på under 100 milliondele af et sekund, hvilket ikke efterlod forskerne meget tid til at køle det ned, før det forsvandt. For at laserafkøling skulle fungere, var de nødvendige for at afkøle plasmaet, hvilket bremser ionerne endnu mere. I sidste ende var det resulterende plasma ca. fire gange koldere end nogensinde nogensinde før, rapporterede undersøgelsesforfatterne.
Det tog omkring 20 år at samle de brikker, der var nødvendige for at generere stærkt afkølet plasma, selvom eksperimenterne varede mindre end en brøkdel af et sekund - og der blev udført tusinder af tusinder af eksperimenter, siger Killian.
"Når vi opretter et plasma, lever det kun et par hundrede mikrosekunder. Hver 'laver et plasma, laser-afkøling, kig og se hvad der skete' er mindre end et millisekund," sagde han. "Det tager dage og dage at faktisk opbygge nok data til at sige, 'Ah, det er sådan plasmaet opfører sig.'"
Blir koldere
Undersøgelsens fund inviterer masser af spørgsmål om, hvordan ultrakold plasma kan interagere med energi og stof; At finde svar kan hjælpe med at skabe mere nøjagtige modeller af hvide dværgstjerner og gasgigantplaneter, som har plasma dybt inde i deres interiør, der opfører sig på samme måde som det plasma, der afkøles i laboratoriet.
"Vi har brug for bedre modeller af disse systemer, så vi kan forstå planetdannelse," sagde Killian. "Dette er første gang, at vi har haft et bordeksperiment, hvor vi faktisk kan måle ting, der skal føjes til disse modeller."
At skabe plasma, der er endnu koldere, kan også være inden for rækkevidde, hvilket yderligere kan transformere forskeres forståelse af, hvordan denne mystiske form for stof opfører sig, fortalte Killian til Live Science.
"Hvis vi kan afkøle det med en anden størrelsesorden, kan vi komme tæt på forudsigelser om, hvor plasmaet faktisk kan blive et fast stof - men et bisarr fast stof 10 gange mindre tæt end noget fast stof, som folk nogensinde har gjort," sagde Killian.
”Det ville være meget, meget spændende,” tilføjede han.
Resultaterne blev offentliggjort online torsdag (3. januar) i tidsskriftet Science.
Redaktørens note: Denne historie blev opdateret for at korrigere temperaturen på solens overflade fra 3,5 millioner grader Fahrenheit (2 millioner grader Celsius), som repræsenterer stjernens varmere interiør.
Original artikel på Live videnskab.
